宇宙中的超級巨獸:黑洞

伯克利分校的天文學教授馬中佩表示，早期宇宙有很多類星體或活躍星系核，一般認為，它們的能量是來自於質量有100億太陽那麼大的「超大質量黑洞」。像這次新發現的這兩顆超大質量黑洞，因為在質量大小上與年輕的類星體近似，未來它們很可能會在天文學解釋類星體如何演化成超大質量黑洞的過程時，扮演關鍵角色。黑洞因物質密度極高形成強大重力場，甚至光都不能逃脫。一個質量如一顆太陽的小黑洞，或許由恆星爆炸或超新星就可以產生，但是一顆超大質量黑洞的質量來源又是什麼呢？一般認為，應該是由於黑洞合併，或是由攫取大量恆星或者大量氣體而來。論文作者邁克爾表示：「我們在這兩顆黑洞所發現的第一手資料，將有助於解答黑洞及其周圍星系在宇宙早期時，彼此是否有過質量互通、交相孕育之類的關聯。」不斷刷新的記錄到目前為止，在我們鄰近星系中已發現一共63顆超大質量黑洞，其中最大的，是位於鄰近星系M87中央，距離我們「只」有5500萬光年。M87這裡有著一個63億M⊙的超大質量黑洞，且蟬聯黑洞排行榜冠軍已長達30年。不過，最近這紀錄剛剛被改寫。M⊙是太陽質量的代號。

哈勃天文望遠鏡拍攝到的M87核心爆破增白馬中佩教授等人組成的團隊新發現的兩顆黑洞，一個位於橢圓星系NGC 3842中央，質量高達97億M⊙，在獅子座方向，是獅子座星系團最亮的一個星系，距離我們有3.2億光年遠。第二顆黑洞和第一顆的質量僅在伯仲之間，相差不遠，可能還更大一點，位於后髮座方向橢圓星系NGC 4889的中央。同樣，它也是該星系團中最亮的星系，后髮星系團距離地球約3.36億光年。

NGC 3842中央黑洞模擬圖

NGC 4889據研究人員指出，以這兩個新科黑洞的「狀元」和「榜眼」來說，其「事件視界」的大小（也就是那張東西一旦掉下去就出不來的大嘴巴的直徑），約等於地球繞太陽公轉軌道的200倍，亦即冥王星軌道的5倍大。若以環繞在事件視界以外，球體狀的一個黑洞重力場影響所及範圍而論，寬幅達4000光年。以質量論，和位於我們銀河系中央的黑洞相比，這兩顆超大黑洞質量是我們的2500倍，並且銀河系這顆黑洞的事件視界，大約只有水星軌道的1/5。差得遠了!這些先前從來沒被發現過的超大黑洞雖然有著相當於100億顆太陽的質量，非常驚人，不過有可能因為它們所居住的鄰近區域相當「安靜」的緣故，所以它們一直在靜默中低調而行，從不曾被發現。馬中佩教授表示，100億年前，當地景象的敘述可能像這樣：那時，這些黑洞只是一些極活躍的年輕類星體，大量地吞吃著附近的氣體和塵埃，幾乎把四周物質都吃得精光。僥倖存留的那些氣體後來形成恆星，繼續安安靜靜地在各自軌道上運動。這些黑洞不但過去有著像「巨獸」一樣「大吞猛吃」的特性，就連它所住的星系本身也是實在超級大的「巨獸」星系，裡頭蘊藏著約一兆顆恆星。經過時間的洗禮，現在它們低調地定居在星系團中央大約核心的位置。尋找超大黑洞大多數天文學家相信，幾乎所有星系中央都有一個超大質量黑洞，星系越大它的黑洞就越大。目前所發現的最大黑洞，一色全都位於橢圓星系，而橢圓星系則被認為是由兩個旋臂星系合併的結果。從事理論天文物理研究的馬中佩，在先前的研究計劃中取得星系合併的計算機模擬結果，繼而決定選擇一些距離我們地球相對較近的橢圓星系，去尋找黑洞的影蹤。馬中佩發現，要是兩個橢圓星系再進一步合併的話，就可能產生最大的橢圓星系，或是將近100億顆太陽質量的超大質量黑洞！這些超大質量黑洞還可以經由吃下更多由星系合併所遺留的氣體而增長，使身形更加壯碩。「多重合併是超級『巨獸』的最佳養成法之一。」為了找到這些超級巨獸級黑洞，馬中佩和其他來自伯克利分校、多倫多大學和得州大學的觀測天文學家展開合作，其中一位天文學家凱爾還帶來了M87的黑洞質量計算結果。接著他們也運用到可見光領域的凱克天文台和雙子星天文台，及位在得州的麥克唐納天文台。在多方協助下，他們取得了好幾個大質量橢圓星系中央散漫星光的光譜資料，這些大質量橢圓星系有共同的特色，它們全都是各星系團中最亮的星系。到目前為止，該團隊分析這兩個星系中恆星軌道速度之後，已計算出在兩個星系的中央位置，各有著質量大約和類星體質量相仿的天體。由於這個質量這麼大的物體是存在於一個不到幾百光年寬的距離里，它到底是什麼來頭？天文學家的結論是：超大質量黑洞。對一位天文學家來說，找到這麼兩個貪食無厭的巨獸黑洞有什麼感想呢？馬中佩回答：「拿一個2.75米高的巨人來說吧，人人好奇的是，到底他們為什麼長得如此高大呢？假設從前你只看過這些巨人的骸骨化石，而有一天，當你親眼見到一個活生生的將近3米高的巨人矗立在眼前時，恐怕只會更強烈地想弄清楚：究竟他為什麼長這麼高呢？」或許最近這個難得的新研究結果有機會可以幫我們回答，巨人罕見的2.75米身高，到底是先天遺傳自上一代的高大，或是後天因素使然？搞不好他就像卡通里的大力水手一樣，只是菠菜吃得比較多？
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